Cosa sono e Differenza tra accelerometro e giroscopio negli smartphone
I sensori che più comunemente vengono utilizzati, soprattutto nelle applicazioni mobile degli smartphone includono l’accelerometro e il giroscopio. Vediamo ora la differenza principale di questi due sensori e successivamente vengono invece riportate le specifiche e caratteristiche tecniche.
Differenza tra accelerometro e giroscopio
L’accelerometro è uno dei primi sensori introdotti negli smartphone e anche uno dei più usati. Come lascia intendere il nome, serve a misurare l’accelerazione del dispositivo rispetto alla caduta libera, ha quindi una funzione di inclinometro che determina l’orientamento del display, a seconda che lo si inclini in verticale o orizzontale sfruttando i tre assi di cui è composto.
Il giroscopio è un particolare sensore utile per misurare l’inclinazione del dispositivo, è molto preciso e viene utilizzato per tutte le applicazioni, che necessitano di misurazioni accurate su dove state viene puntato dispositivo.
Descrizione dell’accelerometro
Il principio di funzionamento dell’accelerometro si basa sulla rilevazione dell’inerzia di una massa quando viene sottoposta ad un’accelerazione. La massa viene sospesa ad un elemento elastico, mentre un sensore di posizione ne rileva lo spostamento rispetto alla struttura fissa del dispositivo. In presenza di un’accelerazione, la massa, che è dotata di una propria inerzia, si sposta dalla propria posizione di riposo in modo proporzionale all’accelerazione rilevata. Il sensore trasforma questo spostamento in un segnale elettrico acquisibile dai sistemi di misura. A riposo, con un asse sensibile rivolto verso il basso, sulla superficie terrestre un accelerometro misura circa 1 g, a causa dell’accelerazione gravitazionale data dalla massa della Terra. Di questa bisogna necessariamente tenere conto durante le misure. Esistono diversi tipi di accelerometri in commercio, piezoelettrici, piezoresistivi, per convezione di calore, ecc.. Tra le diverse tecnologie, stanno avendo un buon successo gli accelerometri MEMS di tipo capacitivo, realizzati in Silicio tramite microlavorazione. Gli accelerometri permettono di misurare l’accelerazione del segmento o della zona corporea cui sono connessi. Essi sono utilizzati per monitorare un range di movimenti differenti (cammino, spostamenti sit-to-stand, oscillazioni posturali, ecc.), per misurare livelli di attività fisica, per determinare il consumo energetico connesso al movimento, per identificare e classificare i movimenti compiuti dai soggetti.
Infine, bisogna dire che i tre assi sensibili sono tutti perpendicolari tra loro e, l’asse z è rivolto verso l’alto in modo da misurare 1g in posizione stazionaria e perpendicolare al piano di terra. E’ possibile inoltre utilizzare l’accelerometro con due modalità principali: misura dell’accelerazione inerziale (in caso a>>g) o misura dell’inclinazione del corpo (casi quasi-statici, a<<g); dove nel primo caso avremo un’accelerazione che sarà sempre da sommare al vettore di gravità g.
Descrizione del giroscopio
Il giroscopio in generale è un dispositivo fisico rotante che, per effetto della legge di conservazione del momento angolare, tende a mantenere il suo asse di rotazione orientato in una direzione fissa. Il momento angolare totale è la somma dei singoli momenti angolari che, di norma, non sono paralleli all’asse di rotazione: Di conseguenza in generale anche il momento angolare totale non è parallelo all’asse di rotazione. Qualsiasi sia la forma del corpo è possibile trovare minimo tre direzioni fra di loro perpendicolari tali che, se il corpo ruota attorno a quell’asse, il momento angolare totale risulti parallelo all’asse di rotazione. Essi sono chiamati assi principali di inerzia ed i corrispondenti momenti di inerzia sono detti momenti principali di inerzia. Gli assi principali di inerzia costituiscono un sistema di riferimento solidale col corpo ed, in generale, ruotano rispetto all’osservatore. Quando il corpo ha un qualche tipo di simmetria, gli assi principali di inerzia coincidono con questi assi di simmetria.
In genere, il giroscopio viene utilizzato accoppiato con gli accelerometri per determinare i pattern motori. In alcuni protocolli viene però utilizzato anche singolarmente per ricavare i diversi parametri del cammino (stride length, walking velocity, ecc.). Esistono diversi principi di funzionamento; i più comuni sono meccanici, ottici ad anello laser od elettromeccanici. Nell’ambito dell’analisi del movimento vengono generalmente sfruttati giroscopi elettromeccanici MEMS che sfruttano la legge di Coriolis, ossia l’interazione fra moti circolari e lineari. Misurando gli effetti di tale forza su un corpo in oscillazione si possono dedurre le caratteristiche di rotazione.
